李建平 劉士磊 龔瑩杰 戴黎明

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院)

渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立及其地質(zhì)意義

李建平 劉士磊 龔瑩杰 戴黎明

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院)

渤海海域漸新統(tǒng)頂、底界線及內(nèi)部地層單元沒(méi)有實(shí)測(cè)地質(zhì)年齡，對(duì)其地質(zhì)年齡的確定只能參考國(guó)際年表。利用古地磁測(cè)年法確定了渤海海域漸新統(tǒng)地質(zhì)年齡，建立了與國(guó)際古地磁標(biāo)準(zhǔn)年代表的對(duì)應(yīng)關(guān)系，首次獲得了最完整的渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱。在此基礎(chǔ)之上，開(kāi)展了渤海海域漸新統(tǒng)沉積速率計(jì)算、湖平面變化曲線校正和地層埋藏史分析，從而為該區(qū)油氣勘探研究提供了新的地質(zhì)依據(jù)。

渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱沉積速率湖平面變化曲線地層埋藏史地質(zhì)意義

以往渤海海域漸新統(tǒng)頂、底界線及其內(nèi)部地層單元沒(méi)有實(shí)測(cè)地質(zhì)年齡值，只能參考國(guó)際年表來(lái)確定其地質(zhì)年齡。然而，由于國(guó)際年表不能完全照搬套用，我國(guó)其他各大型油氣區(qū)均已采用各種方法建立起了符合本區(qū)實(shí)際的地質(zhì)年表，因此建立渤海海域漸新統(tǒng)地質(zhì)年表勢(shì)在必行。與眾多的年代測(cè)量方法相比，古地磁測(cè)年法精度較高［1］，且樣品不受巖性限制，具備特定的優(yōu)越性，所以筆者利用古地磁測(cè)年法建立了渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了該地區(qū)漸新統(tǒng)沉積速率計(jì)算、湖平面變化曲線校正及埋藏史分析，從而對(duì)渤海海域古近系漸新統(tǒng)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。

1渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立

1.1 樣品來(lái)源

本次研究所用樣品為遼東灣地區(qū)A井和B井東二段下亞段巖心。A井位于遼西凸起中部，取樣井段1 338～1 521 m，巖心長(zhǎng)183 m，巖性多為含油粉砂巖、細(xì)砂巖和部分泥巖;B井位于遼西凹陷北端，取樣井段1 665～1 728 m，巖心長(zhǎng)63 m;巖性為砂巖、粉砂巖夾薄層泥巖。

A井和B井采集非定向及定向古地磁樣品共計(jì)1 978塊。其中，A井巖心采集古地磁定向樣品716塊，采樣間距約25 cm;B井巖心采集古地磁定向樣品168塊，采樣間距約40 cm。A井采集磁化率樣品739塊，平均采樣間距約24 cm;B井采集磁化率樣品355塊，采樣間距約19 cm。

1.2 數(shù)據(jù)測(cè)量與處理

采用中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所“古地磁學(xué)與地質(zhì)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室”長(zhǎng)巖心低溫超導(dǎo)磁力儀(型號(hào)2G-760R)，對(duì)每個(gè)樣品的每個(gè)退磁步驟進(jìn)行了剩磁測(cè)量。熱退磁實(shí)驗(yàn)采用MMTD80型熱退磁爐，交變退磁實(shí)驗(yàn)采用2G 760-R低溫超導(dǎo)磁力儀交變退磁系統(tǒng)。所有樣品的退磁實(shí)驗(yàn)和剩磁測(cè)量都在零磁空間中進(jìn)行，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性。

1.2.1 磁化率測(cè)定

每次測(cè)試1塊樣品。先對(duì)每一塊樣品稱重，然后利用Bartington MS2磁化率儀測(cè)試樣品的磁化率，最后計(jì)算得到樣品的質(zhì)量磁化率。

1.2.2 系統(tǒng)退磁

根據(jù)古地磁研究的國(guó)際規(guī)范，對(duì)全部定向樣品進(jìn)行系統(tǒng)退磁。針對(duì)樣品的特性，采用不同的系統(tǒng)退磁方法。

對(duì)于含油砂少或不含油砂的巖石樣品，采用逐步熱退磁方法，退磁步驟依次為80、150、200、250、300、350、400、450、500、550、585、610、620、630、640、650、660、670、680℃。

對(duì)于含油砂較多的巖石樣品，采用逐步交變退磁方法，退磁步驟依次為50、75、100、125、150、200、250、300、400、500、600℃。

1.2.3 剩磁測(cè)定

在零磁空間中，利用2G-760R型長(zhǎng)巖心低溫超導(dǎo)磁力儀測(cè)量樣品在每一個(gè)退磁步驟的剩磁參數(shù)，包括剩磁強(qiáng)度、磁傾角、視磁偏角。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過(guò)儀器讀數(shù)，簡(jiǎn)單計(jì)算，即可得到樣品的質(zhì)量磁化率，具體計(jì)算公式為

磁化率(χ)=儀器讀數(shù)×10(g)/樣品質(zhì)量(g)，χ的單位為10－8m3/kg。

采用國(guó)際通用的PMag31d40程序分析樣品特征剩磁。

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1.3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

為確保數(shù)據(jù)可靠性，采用了嚴(yán)格的古地磁研究步驟。首先對(duì)所有定向樣品進(jìn)行系統(tǒng)退磁;其次針對(duì)不同樣品特性，采用熱退磁或者交變退磁對(duì)樣品進(jìn)行系統(tǒng)退磁;再采用低溫超導(dǎo)磁力儀在零磁空間中開(kāi)展退磁和剩磁測(cè)量;最后采用嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，選擇可靠的特征剩磁。

為保證特征剩磁可靠，采用了以下方法:①對(duì)于熱退磁樣品，采用高溫分量。當(dāng)特征剩磁載體是磁鐵礦，選取≥400℃的退磁步驟;當(dāng)特征剩磁載體是赤鐵礦，采用≥610℃的退磁步驟。②對(duì)于交變退磁樣品，采用高場(chǎng)分量(即≥30 mT的退磁步驟)。③每個(gè)樣品至少保證4個(gè)連續(xù)的退磁步驟，實(shí)際上絕大多數(shù)樣品退磁步驟為11～19次。④每個(gè)樣品的最大角偏差(MAD)≤15°，實(shí)際上，大多數(shù)樣品的MAD＜10°。

1.3.2 磁化率特征

測(cè)試結(jié)果與磁性巖石的基本規(guī)律一致，即含油砂少或不含油砂的巖石樣品，其中磁鐵礦微小晶體的含量較高，磁化率高;含油砂較多的巖石樣品，其中有部分磁鐵礦微小晶體被還原(溶解)，磁化率有所降低。

A井的磁化率基本低于15×10-8m3/kg，并表現(xiàn)出顯著的波動(dòng)性特征(圖1);B井的磁化率基本低于20×10-8m3/kg，但底部的磁化率可達(dá)50×10-8m3/kg，并表現(xiàn)出顯著的波動(dòng)性特征(圖2)。

1.3.3 剩磁特征

通過(guò)系統(tǒng)退磁實(shí)驗(yàn)，在去除掉1到2個(gè)次生磁組分之后，成功分離出了特征剩磁組分。利用PaleoMag軟件進(jìn)行主成分分析，并通過(guò)最小二乘法擬合計(jì)算得到樣品的特征剩磁方向(注:磁偏角是任意的)。

A井的716塊樣品中，有346塊(占48%)獲得可靠的特征剩磁;B井的168塊樣品中，有109塊(占65%)獲得可靠的特征剩磁。實(shí)驗(yàn)采用了線性退磁方法，即逐步加熱退磁使得原始剩磁的正交分量投影點(diǎn)逐步回到原點(diǎn)。

所有有效剩磁測(cè)量的樣品，其磁極確定獲得了至少5個(gè)以上有效數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合，MAD全部小于15°。其中，B井磁極的確定中，82%樣品的磁極性的確定采用了9個(gè)以上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，74%樣品的MAD小于10°;A井磁極的確定中，82%樣品的磁極性的確定采用了9個(gè)以上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，84%樣品的MAD小于10°。分別以獲得正磁極性的樣品(A14-14)及獲得負(fù)磁極性的樣品(B3-3)為例，說(shuō)明剩磁實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信度。

樣品A14-14采自A井井深1 454.6 m處，為含油泥質(zhì)粉砂巖。退磁過(guò)程中的磁傾角變化線性效果很好，且逐步趨向原點(diǎn)，所以顯示大部分剩磁為原生剩磁，退磁效果很好。該樣品的MAD為4.0°，遠(yuǎn)小于古地磁學(xué)中規(guī)定的MAD＜15°的限度。該樣品獲得正極性，經(jīng)10個(gè)有效退磁點(diǎn)的計(jì)算，其磁傾角為+42.1°。

樣品B3-3采自B井深度1 693.4 m處，為粉砂巖。退磁過(guò)程中的磁傾角變化線性效果很好，且逐步趨向原點(diǎn)，所以獲得的剩磁大部分為原生剩磁，退磁效果很好。該樣品的MAD為3.2°，也遠(yuǎn)小于古地磁學(xué)中規(guī)定的MAD＜15°的限度。該樣品獲得負(fù)極性，經(jīng)10個(gè)有效退磁點(diǎn)的計(jì)算，其磁傾角為－42.8°。

由于樣品的磁偏角是任意的，因此利用獲得的特征剩磁方向的磁傾角數(shù)據(jù)建立了A井和B井磁極性序列。

1.4 測(cè)年結(jié)果

按照古地磁學(xué)原理，并非所有極性數(shù)據(jù)都有效，只有3個(gè)以上具連續(xù)極性的點(diǎn)的數(shù)據(jù)方為有效，其他數(shù)據(jù)則被視為短暫極性倒轉(zhuǎn)事件(飄移)而被剔除。

1.4.1 古地磁極性測(cè)試結(jié)果

A井記錄了9個(gè)磁極性帶，從頂?shù)降滓来螢镹1、R1、N2、R2、N3、R3、N4、R4、N5(圖3);B井記錄了6個(gè)磁極性帶，從頂?shù)降滓来螢镹1、R1、N2、R2、N3、R3(圖4)。

圖3 遼西凸起中部A井磁極性序列及其與國(guó)際地磁極性年表的對(duì)比

1.4.2 測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)地磁年表對(duì)比

渤海海域上漸新統(tǒng)包括東一、東二和東三段，其時(shí)代跨度為24.0～36.5 Ma;新建立的A井和B井古地磁極性柱位于東二段下亞段的下部，故其底部年齡應(yīng)為30 Ma左右。

在35～30 Ma期間，全球海平面升高，所有沉積體系的基準(zhǔn)面都在升高，導(dǎo)致全球沉積物偏細(xì)，渤海海域形成了東三段大套泥巖;30 Ma是轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在30～26 Ma期間，全球海平面持續(xù)下降，所有沉積體系的基準(zhǔn)面都在下降，導(dǎo)致全球性發(fā)育大規(guī)模的三角洲沉積，在這時(shí)期渤海海域廣泛發(fā)育了東二段三角洲沉積。經(jīng)實(shí)鉆證實(shí)，A井發(fā)育多期三角洲沉積，與全球性三角洲體系吻合。

圖4 遼西凹陷北端B井磁極性序列及其與國(guó)際地磁極性年表的對(duì)比

綜合以上分析，建立了渤海海域A、B井與國(guó)際古地磁標(biāo)準(zhǔn)年表的對(duì)比關(guān)系(圖3、4)。

1.4.3 漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱的建立及應(yīng)用分析

1999年，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)對(duì)渤海地區(qū)C井和D井進(jìn)行了古地磁研究，建立了這2口井的古地磁年代地層柱。本文在上述4口井古地磁研究的基礎(chǔ)上，將各井古地磁年代地層柱對(duì)接，在渤海海域第一次建立了漸新統(tǒng)最完整的古地磁年代地層柱(圖5)和古地磁時(shí)代年表(表1)，據(jù)此可以開(kāi)展該地區(qū)漸新統(tǒng)沉積速率分析、盆地埋藏史分析及湖平面變化規(guī)律研究。

1.4.4 沉積速率分析

確定了巖心柱的古地磁年齡后，可根據(jù)底層回剝技術(shù)［2］逐層恢復(fù)沉積盆地每層當(dāng)時(shí)的沉積厚度［3-4］，進(jìn)而求出盆地在不同地質(zhì)時(shí)代的沉積速率。結(jié)果顯示，渤海海域A、B兩口井沉積速率有較大差別。

A井在29.76～27.97 Ma之間沉積速率明顯較大，平均值為98.8 m/Ma，大多數(shù)時(shí)間段內(nèi)其沉積速率都超過(guò)100 m/Ma，具體表現(xiàn)為:在29.76～29.66 Ma之間，沉積速率平均值為79 m/Ma;在29.66～29.40 Ma之間，沉積速率平均值為316 m/Ma;在29.40～28.75 Ma之間，沉積速率平均值為90m/Ma;在28.75～28.58 Ma之間，沉積速率平均值為296 m/Ma;在28.58～28.38 Ma之間，沉積速率平均值為124 m/Ma;在28.38～27.97 Ma之間，沉積速率平均值為67 m/Ma。

圖5 渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱

表1 渤海海域漸新統(tǒng)古地磁時(shí)代年表

B井在30.10～28.75 Ma之間沉積速率均小于100 m/Ma，平均值為46.7m/Ma，具體表現(xiàn)為:在30.10～29.77 Ma之間，沉積速率平均值為14 m/Ma;在29.77～29.40 Ma之間，沉積速率平均值為90 m/ Ma;在29.40～28.75 Ma之間，沉積速率平均值為97 m/Ma。

測(cè)井綜合剖面顯示，A井鉆遇東二段下部，至少發(fā)育有4期三角洲，這是該井該段沉積速率大的主要原因;而B(niǎo)井所鉆遇的東二段，當(dāng)時(shí)的沉積物質(zhì)應(yīng)來(lái)自“中央凸起”，物質(zhì)來(lái)源相對(duì)不豐沛，這可能是其沉積速率低的主要原因。

上述沉積速率分析給我們以下啟示:①同一層位在不同沉積區(qū)的沉積速率差異可以很大;②同一口井不同井段的沉積速率并非相近;③砂巖的沉積速率未必大于泥巖的沉積速率;④研究沉積演化時(shí)不能假定沉積速率是穩(wěn)定的［5-7］。

1.4.5 盆地埋藏史分析

利用B井地層厚度和地層年代及其他參數(shù)，獲得了該井地層埋藏史圖(圖6)，從而為該井區(qū)成藏分析提供了更為準(zhǔn)確的依據(jù)。

圖6 經(jīng)古地磁年代校正的遼西凹陷北端B井地層埋藏史圖

1.4.6 湖平面變化規(guī)律研究

湖平面相對(duì)變化最可靠的地層標(biāo)志是層序中的上超和頂超沉積邊界。利用湖平面相對(duì)變化的持續(xù)時(shí)間和變化幅度，可以得到湖平面相對(duì)升降周期的曲線(圖7)，但進(jìn)一步經(jīng)古地磁時(shí)間校正后的湖平面變化曲線更為準(zhǔn)確(圖8)。

圖7 未經(jīng)古地磁時(shí)間校正的遼西凸起中部A構(gòu)造湖平面變化曲線

圖8 經(jīng)古地磁時(shí)間校正的遼西凸起中部A構(gòu)造湖平面變化曲線

2地質(zhì)意義

(1)可以滿足渤海海域精細(xì)勘探、高效開(kāi)發(fā)的需要

渤海海域漸新統(tǒng)從沙二段到東一段是一個(gè)完整的湖進(jìn)湖退序列［8］，其中東營(yíng)組尤其是東二段普遍發(fā)育三角洲沉積，是渤海探區(qū)的一套重要含油層系，而精細(xì)的地層格架是科學(xué)實(shí)施隱蔽油氣藏等精細(xì)勘探和高效開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)和前提。磁性地層研究與生物地層學(xué)、旋回地層學(xué)相結(jié)合，可以建立地區(qū)性高分辨率極性時(shí)間表，大大提高了該地區(qū)地層對(duì)比的精度和尺度，滿足了精細(xì)地層格架的需要。

(2)能夠成為盆地演化、古地理格局恢復(fù)的新依據(jù)

層序界面的暴露和淹沒(méi)會(huì)導(dǎo)致磁性礦物的富集和(或)礦物相的轉(zhuǎn)變，而不同體系域水體深淺的變化趨勢(shì)也會(huì)導(dǎo)致氧化—還原環(huán)境和充填速率的規(guī)律性變化，地層剖面的磁化率對(duì)此均有一定的反映。通過(guò)磁性測(cè)量，建立不同層序位置、不同沉積環(huán)境的磁化率模式，進(jìn)而建立新的沉積環(huán)境替代性指標(biāo)，為精準(zhǔn)恢復(fù)巖相古地理提供了新的技術(shù)手段。

(3)可以提供準(zhǔn)確的油氣成藏時(shí)限

傳統(tǒng)成藏時(shí)限的確定主要是依據(jù)構(gòu)造演化史、圈閉形成史與烴源巖生排烴史作推斷，能較為準(zhǔn)確地提供盆地或區(qū)帶尺度成藏事件的時(shí)限，但難以定量解決單個(gè)油氣藏成藏時(shí)限。研究表明，烴類流體聚集與磁性礦物生成、變化密切相關(guān)，剩磁分量平均方向統(tǒng)計(jì)特征與同一大地構(gòu)造單元古地磁背景相結(jié)合能夠識(shí)別出與烴類流體運(yùn)聚作用相關(guān)剩磁分量，據(jù)此計(jì)算的古地磁極位置及古地磁極性年代表所確定的剩磁分量的形成時(shí)代可提供準(zhǔn)確的油氣成藏時(shí)限。

3結(jié)束語(yǔ)

古地磁測(cè)年法是一種精細(xì)的測(cè)年技術(shù)，可為建立精細(xì)年代地層格架提供新的技術(shù)手段，據(jù)此建立的渤海海域漸新統(tǒng)古地磁年代地層柱為渤海探區(qū)下一步勘探打下了很好的基礎(chǔ)?；跍y(cè)定的古地磁磁化率和剩余磁性，對(duì)研究區(qū)東營(yíng)組的地質(zhì)定年、湖平面變化等進(jìn)行了分析與校正，獲取了準(zhǔn)確的沉積速率、湖平面變化曲線和地層埋藏史，從而為該區(qū)油氣勘探研究提供了新的地質(zhì)依據(jù)。本次研究基本上建立起了渤海海域漸新統(tǒng)古地磁柱，而且也摸索出了一套深入研究這一地質(zhì)問(wèn)題的基本思路。今后有必要繼續(xù)拓展研究，以建立渤海海域整個(gè)新生界完整的古地磁年代系統(tǒng)為目標(biāo)，以便更好地滿足該區(qū)的精細(xì)勘探需求。

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(編輯:周雯雯)

A paleomagnetic column of Oligocene chronostratigraphy and its geological significance in Bohai water

Li Jianping Liu Shilei Gong Yingjie Dai Liming
(Bohai Oilfield Exploration and Development Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

In Bohai water，the geological ages of Oligocene top，base and its internal units can only be referred to some global geochronologic charts for their lack of the measured data．Therefore，palaeomagnetic dating was used to determine these geological ages，and their correlation with Global Palaomagnetic Time Scale was established，resulting in the most complete paleomagnetic column of Oligocene chronostratigraphy in Bohai water for the first time．Based on this paleomagnetic column，some important works can be done in Bohai water，including calculating the Oligocene sedimentation rate，calibrating the curves of lake-level change and analyzing the burial history，which will provide new geological evidences for hydrocarbon exploration in Bohai water．

Bohaiwater;Oligocene;palaeomagnetism; chronostratigraphic column;sedimentation rate;lakelevel change curve;burial history;geological significance

李建平，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈貙?、沉積學(xué)與石油地質(zhì)。地址:天津市塘沽區(qū)609信箱(郵編:300452)。E-mail:lijp@cnooc．com．cn。